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      麻?瘋?樹?資?源?的?開?發?利?用?現?狀?及?前?景

      媒體:資源開發與市場  作者:茍圓 華堅 2014/7/9 23:29:04

          我國是一個人均資源占有量相對貧乏的國家,目前正處于工業化中期階段,經濟高速增長對資源和環境的壓力與日俱增,環境承載力弱,生態環境惡化的趨勢至今尚未扭轉,矛盾非常突出。生物材料特別是天然植物材料是一個亟待發掘的巨大寶藏,它既是可再生的清潔能源資源,又能生產出成千上萬無污染且環境友好型的工業成品。目前,全世界生物質的總利用率僅為7%,生物質的研究已成為世界科技領域的前沿課題。近年來國內外正形成了一個研究和開發生物材料的熱潮,并將形成一個重大社會效益和經濟效益的生物質產業。
          麻瘋樹是一種抗旱耐瘠的多用途速生樹種,是生產生物能源、生物農藥、生物醫藥、生物飼料的主要原料。國內外的研究表明,麻瘋樹種子含油量很高,除榨取能源油外,其油渣、油餅可作農藥、飼料或肥料等;全株有毒,莖、葉、樹皮均有豐富的白色乳汁,內含大量毒蛋白、麻瘋酮等抗病毒、抗AIDS、抗腫瘤的成分,可開發作醫藥、生物農藥和生物殺蟲劑等;此外,它還是保水固土、防止沙化、增殖有機土質、建造防護林的優良造林材料,對改善生態環境和恢復植被有重要作用。目前世界上還沒有形成麻瘋樹的規?;a業,麻瘋樹尚未能發揮它應有的作用,因此應從可再生能源、環保、生態、扶貧、生物工程、高技術產品等方面進一步加強對麻瘋樹的研究和開發。
      1 麻瘋樹的形態和生物學特征
          麻瘋樹(JatrophacurcasL.),又名小桐子等,為大戟科(Euphorbiaceae)麻瘋樹屬(Jatropha)。麻瘋樹為落葉小喬木或灌木,樹高2—5m。該樹木樹皮光滑,蒼白色;枝粗壯,圓柱形,具突起的葉痕,綠色無毛,單葉互生;葉柄長8—18cm,葉片紙質或近膜質,近圓形或卵狀圓形,長寬相近,約8—18cm,其先端近尖,基部心形,邊緣不分裂或呈3—5淺裂;樹枝、葉折斷后其斷面有乳汁溢出;4—5月始花,花單性,雌雄同株,聚散花序腋生,總花梗較長,花淡綠色或綠白色,直徑7—8mm;花期較長,11月仍開花,果期7—12月,是一個不斷開花、不斷結實、不斷成熟的過程;果實幼時綠色,逐漸變黃,成熟時為棕色,干時為黑棕色,果皮平滑,成熟時裂成3個2瓣裂的分果片;種子干時黑色、平滑,橢圓形,長18—20mm,直徑11mm,個體差異明顯。
          麻瘋樹適應范圍廣,耐干旱瘠薄,由于其根系發達,可以在貧瘠的荒地(石礫質土、粗質土、石灰巖裸露地等)上生長;性喜光,喜暖熱氣候。野生麻瘋樹主要分布在干熱的亞熱帶和潮濕的熱帶雨林,可在年降雨量480—2380mm、年均溫18.0—28.5℃的環境下生存。通常生長在海拔高度為700—1600m的平地、丘陵及河谷荒山坡地,冬季無重霜、短時極端最低溫度不低于-4℃的地區均生長良好。對生長地的土壤肥力要求不高,只要pH值5—6、排水良好即可。麻瘋樹結實豐富,種子大且萌芽性強,可點播造林,也可扦插繁殖。麻瘋樹一般栽培在園邊作綠蘺,也有半野生狀態,多生長在平地路邊的灌木從中,以散生或小面積純林形式分布。
      2 地理分布
          麻瘋樹原產于巴西,現主要分布于熱帶和亞熱帶地區,絕大多數生長在美洲和亞洲熱帶地區,如美洲的巴西、菲濟、洪都拉斯、牙買加、巴拿馬、波多黎哥、薩爾瓦多及美國佛羅里達的奧蘭多地區、夏威夷群島等,非洲的莫桑比克、贊比亞等國,澳大利亞的昆士蘭和北澳地區,以及亞洲的印度、巴基斯坦等國都有分布。我國的麻瘋樹為栽培或半野生狀態,主要分布在廣東、廣西、云南、貴州、四川、臺灣、福建、海南等省區的熱帶及干熱河谷地區。四川主要栽培在攀枝花、鹽邊、米易、鹽源、德昌、西昌、金陽等地;云南主要栽培在滇西部、西南部、中部以及元江、金沙江、瀾滄江流域;貴州主要栽培在南、北盤江流域,紅水河流域的貞豐、望謨、冊亨和羅甸縣。
      3 國內外開發現狀
      3.1 植物能源
          能源植物為能量富集型植物:據估計,地球上每年植物光合作用固定的碳達2×1011t,含能量達3×1021J。能源植物通過光合作用固定二氧化碳和水,將太陽能以化學能形式儲藏在植物中,除直接燃燒產生熱能外,還可轉化成固態、液態和氣態燃料。在礦物燃料日趨枯竭的今天,篩選和種植優質高效的能源植物,并將其轉化為氣體或液體燃料(可再生能源)成為必然。按照化學成分能源植物分為以下幾類:富含碳水化合物(糖、淀粉或纖維)的植物,如甘蔗、玉米、桉樹等;富含油脂的植物,如油萊、花生等;富含類似石油成份的植物,如麻瘋樹、油楠、綠玉樹等。其主要成分是烴類,如烷烴、環烷烴等,通過脫脂的處理可作為柴油使用。這3類能源植物中,前兩種既是人類的食物來源,又是重要的化工原料,種植它們需要大量的耕地,而我國人多地少,因此篩選能量富集型的野生或半野生狀態的能源植物并通過生物工程改良和良種培育成為開發能源植物的關鍵。
          麻瘋樹的種子———麻瘋果的含油量高,種仁含油量可達60%左右,其中含有棕櫚酸、硬脂酸等飽合脂肪酸,以及油酸、亞油酸和棕桐油酸等不飽合脂肪酸。直接作為燃料:麻瘋果種子的熱值為20.85MJ?kg-1,麻瘋果所含碳氫化合物熱值為40.63MJkg-1,而柴油為44.091MJ?kg-1、汽油為47.127MJ?kg-1。麻瘋果油與柴油和汽油的摻合性很好,且摻合后在長時間內不分離。麻瘋果油也可以直接作為燃料,利用它作為熱帶地區或扶貧地區的家用替代能源,可減少森林采伐,保護生態環境,形成有效的生物保護屏障和自產自銷生態產品的基地,或用于扶貧地區的家用替代能源;同時麻瘋果油能生物降解,燃料操作安全。由于麻瘋果油黏度比較高,摻合適量麻瘋果油還能改善發動機的潤滑性能,減輕機件磨損。改性制備生物柴油:將去除雜質的麻瘋樹果油與甲醇進行交酯化反應獲得脂肪酸甲酯,即可用于發動機燃料的高質量生物柴油。與傳統石化柴油相比,麻瘋果油制備的生物柴油具有相對較高的閃點和十六烷值,燃燒性能好、硫含量低、污染小,可作為新的清潔能源。目前,國內較成熟的石油替代品研究,主要集中在生物柴油和生物醇類燃料上。四川省利用涼山、攀枝花等地區豐富的野生麻瘋樹果實提取生物柴油已獲得了成功。實驗證明,麻瘋樹干果平均產量為9750kg?hm-2,可提取加工出燃油約2700kg。發展生物柴油產業已被列入國家有關發展計劃。經四川大學生命科學學院科研人員的一系列實驗表明:從麻瘋樹果實中制備出的新型燃油可適用于各種柴油發動機,并在閃點、凝固點、硫含量、一氧化碳排放量、顆粒值等關鍵技術上均優于國內零號柴油。目前的加工工藝已可使新型燃油達到歐洲二號排放標準,將通過改造加工工藝和改良植物燃油成分基因的方式,將指標提高到歐洲三號排放標準。
      3.2 生物醫藥
          麻瘋樹植物的有效成分存在于種子、樹皮、葉、根和乳汁中。麻瘋樹的莖、葉、皮的白色乳劑內含有毒蛋白、酮類、氰氫酸與川芎嗪等成分;果仁含油、蛋白質、多種氨基酸、萜類、酮類、醇類物質及衍生物以及蛋白質和多肽等物質。在實驗室里,毒蛋白、酮類、多肽類成分有明顯的抗腫瘤細胞與抗ⅧV(艾滋病病毒)的作用;一些生物堿具有收斂作用;果仁中的油類有潤腸通便的瀉下作用;去毒后的蛋白質與必需氨基酸可以作為營養飼料并有望開發出人用營養品。某些活性成分也被證實具有浸殺軟體動物、殺蟲和抑制真菌生長的作用,可作為防治生物病蟲害的原料。
          麻瘋樹的藥用部分有葉、樹皮、種子及根。根可散淤消腫、止血、殺蟲止癢,治跌打、骨折、疥癬、頑瘡。種子油可作為瀉藥和治療多種疾病,但使用過量會導致腹瀉和胃腸炎。在麻瘋樹產地的喀麥隆,人們常將麻瘋樹葉煮汁治療風濕病;巴哈馬人則用來治療心絞痛,或外敷治療丹毒,古巴人用來治牙痛,巴貝多人用葉汁治蘚。中美州國家利用其汁液治療牙齦炎、創傷、痔瘡和疣等。盡管麻瘋樹在人類許多疾病的治療及工業生產上有著廣泛的用途,但所含的毒性仍不容忽視。由于各地栽培的麻瘋樹所處的生態環境不同,毒性也有差異。從麻瘋樹中發現毒性最強的物質有3種,即麻瘋樹毒蛋白、麻瘋樹種子油和佛波脂。
      3.3 生態建設和扶貧開發
          到目前為止,世界上已有20多個國家在種植、發展麻瘋樹,通過發揮植被的“碳庫”、水土保持和土壤改良,有助于達到保護和建設生態環境的目的。聯合國已將麻瘋樹種植作為生態建設和扶貧項目廣泛用于熱帶地區,如烏干達、馬里、加納等國家。麻瘋樹作為一個生態型經濟林樹種,集環保、生態建設、生物工程、高科技產品為一體,種植麻瘋樹對國家的經濟發展、生態環境建設、工業原料、醫藥、能源開發等起到積極的推動作用。在我國,近年來圍繞林業生物質能源開發利用,已得到國家發改委、國家林業局的高度重視。2006年,國家林業局成立了林業生物質能源辦公室,將麻瘋樹作為林業生物質能源開發的首選樹種。地方政府和科研部門做了大量的研究開發工作,不少企業、個體經營者參與種植開發。麻瘋樹開發利用前景看好,但必須進行認真調查,反復論證,做好中長期和遠景規劃,加強相關技術領域的研究與指導,穩步推進產業化進程。一是在適生地區擴大麻瘋樹種植面積,作為“天保工程”和退耕還林工程項目的可選樹種之一;二是培育生物質能源開發生產龍頭企業,采用“公司 農戶”的模式進行綜合開發,促進農民增收,帶動地方經濟發展。
      4 攀西麻瘋樹資源的開發與利用
      4.1 麻瘋樹資源的分布
          麻瘋樹傳入我國已有200多年的歷史,由于氣候條件的限制,四川省境內的其它地區都難以種植麻瘋樹,其資源以攀枝花最多。攀枝花地處長江上游的金沙江流域,屬典型的干熱河谷地帶,氣候適宜種植麻瘋樹。麻瘋樹在攀西分布的最高海拔為1930m,集中分布于金沙江、雅礱江流域內。該地區在1950年代開始大量栽培,目前麻瘋樹在當地較分散,但麻瘋樹資源存量很大。據1970年代的資料統計,該地區麻瘋樹種子年收購量為800t。此外,攀西區域的森林覆蓋率非常低,僅為5%,水土流失嚴重,已對長江的水患產生了直接的影響。為了改善攀西地區的生態環境和治理長江流域,大力開發與利用麻瘋樹資源具有十分重要的現實意義。
      4.2 麻瘋樹種子的含油率及生長概況
          麻瘋樹因生長地方不同,其種子的生物學性狀,如百粒重、含油率均有差異。通過10個地區麻瘋樹的研究調查發現,攀枝花地區麻瘋樹種仁含油率達61%,開發利用價值較高。同時對麻瘋樹生長和結果的調查表明,無論從生長情況還是結果多少來看,攀枝花的麻瘋樹都位居第一。
      4.3 麻瘋樹資源的經濟分析
          麻瘋樹植物及其相關的化合物用途多,目前正被人們發現和重新認識。本文就目前所知的用途作一經濟分析:假設用5—10年的時間在攀西地區種植約7萬hm2麻瘋樹資源,可得年產出;通過生物高科技提取原料中的化合物有用成份,可生產出的產品效益。
          綜上所述,攀枝花地區種植麻瘋樹非常適宜。隨著麻瘋樹資源的不斷開發,其綜合利用效益較大,既有利于改善生態環境、恢復植被,又有利于攀西干熱河谷地區的生態、農業、經濟的發展。麻瘋樹資源的開發利用是農業與工業、第一產業與第二產業的有機的結合,是一條可持續發展的綠色產業化道路。
      5 發展前景
          麻瘋樹有較強的市場開發潛力,進一步研究和開發將會給人類帶來可觀的經濟效益,開發前景廣闊。麻瘋樹作為生產生物柴油的原材料正在被開發利用為重要的能源植物之一,最有可能成為未來替代化石能源的具有巨大開發潛力的樹種。我國廣大的山區、沙區、干旱河谷地區等劣質土地均可栽種生物質燃料油原料的喬、灌木油料植物,以發展生物質燃料。在這些地區發展生物質燃料植物不僅可為我國的生物質燃料油工業提供豐富的可再生原料,還可改善生態環境,增加農民收入,為建設農村小康社會提供一條新的途徑。麻瘋樹的種子含有多種活性成分,有著重要的農藥和醫藥價值,是一種極具綜合價值的生物能源植物材料。在分子生物學研究方面,近年來建立了DNA、RNA提取方法并成功地克隆了幾種功能基因。同時建立了植物再生和轉基因體系,因此麻瘋樹作為能源植物研究的模式植物具有很好的前景。麻瘋樹毒性較大,令人望而生畏。許多研究者僅僅從防止中毒或利用其毒性制成毒劑等進行了研究,但對利用其藥用價值考慮較少。一些學者認為,從有毒植物中獲得藥源先導化合物的可能性較大。從有毒植物中開發新藥已有一成功的報道,并引起了廣大醫藥工作者的密切關注,因此以植物毒素作為先導化合物的藥源具有廣闊的應用前景。麻瘋樹中含有較多的毒性成分,特別是種子中所含的毒蛋白,對它們進行深入的研究有望帶來良好的經濟效益。
          四川省甘孜州、涼山州和攀枝花市是我國重要的生態保護區,也是處于干熱河谷地區之一。目前已有麻瘋樹的成片種植,具備建立產業化的栽種培育基地。在扶貧和生態投資的基礎上,麻瘋樹產品將啟動貧困地區的經濟、社會、文化發展,人民收入會逐步得到提高。從環保角度看,麻瘋樹殘留物的加工也是一個不容忽視的領域,如利用麻瘋果仁制備生物柴油后,廢棄的果殼可作為制備活性炭的生物質材料;麻瘋樹籽油渣可作為優質有機肥。此外,麻瘋樹油還可制造肥皂和染料等產品,麻瘋樹葉可飼養家蠶,花可吸引蜜蜂采蜜,開發新蜜源。

       

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